自动控制原理02结构图及其等效变换课件.ppt

1、2.32.3 控制系统的结构图及等效变换控制系统的结构图及等效变换2.2.3.1 3.1 系统结构图系统结构图（1 1）信号线）信号线（2 2）引出点（或测量点）引出点（或测量点）（3 3）比较点（或综合点）比较点（或综合点）（4 4）方框（或环节）方框（或环节）2.2.3.2 3.2 结构图的建立结构图的建立步骤：步骤：（1 1）分析系统的工作原理与结构组成，确定系统的输入量和）分析系统的工作原理与结构组成，确定系统的输入量和 输出量。输出量。（2 2）建立系统各元）建立系统各元件的微分方程件的微分方程并并进行拉氏变换，进行拉氏变换，求取各环节求取各环节 的传递函数并的传递函数并绘制绘制各环

2、节各环节方框图；方框图；（3 3）从输入量开始，）从输入量开始，按照信号的传递方向（输入在左边，输出按照信号的传递方向（输入在左边，输出 在右边）用信号线依次将各方框连接起来，就得到系统的在右边）用信号线依次将各方框连接起来，就得到系统的 结构图。结构图。2.32.3 控制系统的结构图及等效变换控制系统的结构图及等效变换例例2-7 RLC电路网络的结构图电路网络的结构图解解：)()()()(0sUsUsUsULRi)()(sRIsUR)()(sLsIsUL)()(0sCsUsI)()()()(0sUsUsUsULRi)(1)(sURsIR)(1)(sULssIL)(1)(0sICssU2.2.

3、3.2 3.2 结构图的建立结构图的建立 按照信号的流向将以上各个环节连接起来。就构成了按照信号的流向将以上各个环节连接起来。就构成了系统的动态结构图。系统的动态结构图。2.2.3.2 3.2 结构图的建立结构图的建立例例2-72.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化 结构图的基本连接方式有串联、并联和反馈三种。结构图的结构图的基本连接方式有串联、并联和反馈三种。结构图的变换必须在等效性原则下进行。变换必须在等效性原则下进行。（1 1）串联等效变换法则）串联等效变换法则)()()(21sGsGsG)()()()()()(21sRsGsRsGsGsC2.32.3 控制

4、系统的结构图及等效变换控制系统的结构图及等效变换（2 2）并联等效变换法则并联等效变换法则)()()()()()(21sRsGsRsGsGsC)()()(21sGsGsG2.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化（3 3）反馈的等效变换法则反馈的等效变换法则)()()(1)()(sRsHsGsGsC)()(1)()()()(sHsGsGsRsCs2.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化前向通道：信号从前向通道：信号从 传输到传输到 的通道的通道反馈通道：信号从反馈通道：信号从 传输到传输到 的通道的通道单位反馈：单位反馈：开环传递函数：开环

5、传递函数：2.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化反馈连接中的术语：反馈连接中的术语：)(sR)(sC)(sR)(sC1)(sH)()(sHsG（4 4）比较点的移动比较点的移动2.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化（5 5）引出点）引出点的移动的移动2.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化（6 6）多个比较点与引出点的交换与合并多个比较点与引出点的交换与合并2.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化例例2-9 试求下图所示多回路系统的闭环传递函数。试求下图所示多回路系统的闭环传递函

6、数。本题有两种简化方法，一种是先将本题有两种简化方法，一种是先将 后的比较点前移，另一后的比较点前移，另一种是采用将种是采用将 后的引出点后移，这里采用第二种方法。后的引出点后移，这里采用第二种方法。2.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化2G3G例例2-92.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化例例2-9 2.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化例例2-9 2.2.3.3 3.3 结构图的等效变换和简化结构图的等效变换和简化2.3.4 2.3.4 系统传递函数系统传递函数典型闭环控制系统典型闭环控制系统的结构

7、图的结构图:2.32.3 控制系统的结构图及等效变换控制系统的结构图及等效变换)()()(1)()()()()(21211sHsGsGsGsGsRsCs)()()()(1)()()()()(21211sRsHsGsGsGsGsRssC（1）作用下的系统闭环传递函数作用下的系统闭环传递函数)(sR此时，此时，0)(sN此时，此时，0)(sN（1）作用下的系统闭环传递函数作用下的系统闭环传递函数)(sR（2 2）作用下的系统作用下的系统 闭环传递函数闭环传递函数)(sN)()()(1)()()()(2122sHsGsGsGsNsCsN)()()()(1)()()()(2122sNsHsGsGsGs

8、NssCN（3 3）系统的总输出系统的总输出)()()()()()()(21sNssRssCsCsCN2.3.4 2.3.4 系统传递函数系统传递函数此时，此时，0)(sR（4 4）闭环系统的误差传递函数闭环系统的误差传递函数)()()(11)()()(211sHsGsGsRsEsER2.3.4 2.3.4 系统传递函数系统传递函数此时，此时，0)(sN 作用下的误差传递函数：作用下的误差传递函数：)(sR 作用下的误差传递函数：作用下的误差传递函数：)(sN此时，此时，0)(sR)()()(1)()()()()(2122sHsGsGsHsGsNsEsEN)()()(1)()()()()()(1)()()()(2122121sHsGsGsNsHsGsHsGsGsRsEsEsE)()()(1)()()()(212sHsGsGsNsHsGsR说明：对同一个系统而言，无论以哪一个信号作为输出量或说明：对同一个系统而言，无论以哪一个信号作为输出量或输入量，所求去的传递函数输入量，所求去的传递函数的的分母完全分母完全相同相同2.3.4 2.3.4 系统传递函数系统传递函数 同时作用下系统同时作用下系统的的总误差总误差 )(),(sNsR（4 4）闭环系统的误差传递函数闭环系统的误差传递函数